ES2289862A1 - Motor electrico de induccion asincronico de rotor interior. - Google Patents
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Abstract
Motor eléctrico de inducción asincrónico de rotor interior. Está formado por un paquete magnético estator (1) constituido por una serie de láminas metálicas (3, 11) que encajan en una corona estatórica (9), un bobinado (40, 41), un conjunto rotor (13), un eje (17), unos cojinetes (20, 22), y unos elementos aislantes (24) que ajustan con las ranuras (4). Los elementos aislantes (24) aíslan el paquete magnético estator (1) del bobinado (40, 41) y se prolongan hacia el centro del motor para sostener los citados cojinetes (20, 22). Permite facilitar el bobinado al bobinar por el exterior y no precisa de conformado de cabezas de bobina ni posteriores atados, obteniéndose una mejora en tiempos de fabricación. Se reduce el peso al haber menos cobre por tratarse de bobinas con recorrido diametral. Se eliminan los escudos al sujetar los cojinetes a los aislantes de ranura y se obtiene un conjunto de reducidas dimensiones debido a la eliminación de piezas.
Description
Motor eléctrico de inducción asincrónico de
rotor interior.
La presente invención se refiere a un motor
eléctrico de inducción asincrónico de rotor interior con el cual se
obtiene una construcción muy simplifi-
cada.
cada.
Un motor eléctrico de inducción asincrónico
comprende típicamente un paquete estator compuesto de una serie de
láminas metálicas que presenta, en su parte central, una superficie
cilíndrica y en cuyo interior se disponen unas ranuras abiertas
dentro de las cuales, y separado por unas películas aislantes, se
aloja el bobinado que crea el campo magnético rotatorio del
motor.
Sobre dicho estator se sujetan unos escudos o
puentes, ya sea directamente o a través de una carcasa que envuelve
al estator y solidaria a éste. Estos escudos o puentes alojan, en
su parte central, unos cojinetes, sobre los cuales gira el eje
solidario al rotor debido a la acción del campo magnético giratorio
y a las corrientes inducidas sobre el rotor.
El motor se sujeta normalmente a través de una
carcasa o mediante dichos escudos o puentes, y sobre el eje se
acopla la carga a accionar.
Los motores del tipo descrito presentan, sin
embargo, el inconveniente de que ofrecen poca facilidad de bobinado
por lo que el tiempo de fabricación es indeseablemente elevado.
Además, debido al elevado número de piezas que entran en juego se
obtiene un conjunto de gran peso y de grandes dimensiones.
La presente invención propone una nueva
disposición de los elementos constitutivos con la cual se
simplifica enormemente la construcción del conjunto. En dicha
disposición, el paquete estator posee unas ranuras destinadas a
alojar el bobinado con la particularidad de que se dispone una
abertura por su lado exterior para la introducción del
bobinado.
De acuerdo con una característica de la
invención, el aislamiento entre el paquete estator y el bobinado
estatórico para la creación del campo magnético giratorio se
realiza por medio de un elemento aislante formado por dos piezas de
un material aislante eléctrico que presenta unas propiedades
mecánicas adecuadas. Dichas dos piezas encajan entre sí recubriendo
todo el interior de la ranura del paquete estator además de las
superficies metálicas planas de cada una las dos bases externas del
paquete estator.
Las citadas piezas aislantes del motor de la
invención permiten sostener unos cojinetes sobre los cuales gira un
eje, que es solidario del rotor, por la acción del campo magnético
giratorio, y a las corrientes inducidas sobre el rotor.
El bobinado va alojado en las ranuras aisladas
apretando dichas piezas aislantes sobre el estator manteniendo el
conjunto totalmente fijo. Los cojinetes, que sostienen al eje
solidario con el rotor, alojados en las piezas aislantes garantizan
que el estator quede montado concéntrico con el rotor.
El conjunto estator incluye también un paquete
magnético de láminas metálicas en forma de corona circular. Esta
corona encaja con la silueta exterior del paquete estator ya
bobinado, completando el motor. La finalidad de la corona es cerrar
el campo magnético y no perder rendimiento, además de proporcionar
solidez al conjunto.
Las dos piezas del elemento aislante pueden ir
provistas de elementos para la sujeción del motor, así como
cavidades para alojar terminales para facilitar la conexión del
hilo esmaltado del bobinado con los cables de alimentación.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se
disponen unas cavidades formadas en el elemento aislante las cuales
están destinadas a alojar unos terminales para establecer el
contacto eléctrico entre el bobinado y dichos terminales, pudiendo
éstos conectar, al mismo tiempo, un cable exterior.
Preferiblemente, se disponen unas columnas
huecas formadas en dicho elemento aislante las cuales alojan
respectivos tornillos de fijación del motor.
Opcionalmente, el motor incorpora una cubierta o
carcasa exterior destinada a aportar una mayor protección. Esta
carcasa se sujeta sobre la corona exterior del estator y comprende
dos semicuerpos que encajan sobre la silueta exterior de la citada
corona estatórica, encerrando al motor en su interior. Los
semicuerpos incluyen sendos orificios para permitir la salida del
citado eje del motor, así como unos orificios en la superficie
plana para la sujeción del motor y unas aberturas de acceso desde
el exterior mediante cables de conexión a los citados
terminales.
Con el motor eléctrico de la presente invención
se facilita el bobinado, ya que se bobina por el exterior y no
precisa de conformado de cabezas de bobina ni posteriores atados,
obteniéndose consecuentemente una mejora sustancial en el tiempo de
fabricación. Además, el peso del conjunto se reduce notablemente ya
que hay menos peso de cobre por tratarse de bobinas con recorrido
prácticamente diametral. El motor disponer de un menor número de
piezas ya que los escudos o puentes quedan eliminados al sujetar
los cojinetes a los aislantes de ranura. Finalmente, destacar que
se obtiene un conjunto de dimensiones muy reducidas debido a la
eliminación de piezas.
Las características y las ventajas del motor
eléctrico de la presente invención serán más claras a partir de la
descripción detallada de una realización preferida. Dicha
descripción se dará, de aquí en adelante, a modo de ejemplo no
limitativo, con referencia a los dibujos.
En dichos dibujos:
La figura n° 1 es una vista en planta de una
realización de un motor eléctrico de acuerdo con la invención el
cual se muestra sin carcasa exterior y sin bobinado;
La figura n° 2 es una vista en alzado de la
realización del motor eléctrico de la figura n° 1 mostrado sin
carcasa exterior y sin bobinado;
La figura n° 3 es una vista en sección por el
plano AA' de la figura n° 1 del motor sin carcasa exterior y sin
bobinado;
La figura n° 4 es una vista en perspectiva de la
realización del motor mostrado sin carcasa exterior;
La figura n° 5 es una vista en perspectiva del
motor sin el bobinado y sin la carcasa exterior;
La figura n° 6 es una vista en perspectiva y
explosionada de la realización del motor sin el bobinado y sin la
carcasa exterior;
La figura n° 7 es una vista en perspectiva en
despiece del motor por el lado opuesto al accionamiento con la
carcasa exterior;
La figura n° 8 es una vista en perspectiva en
despiece del motor por el lado del accionamiento con la carcasa
exterior; y
La figura n° 9 es una vista en perspectiva del
conjunto estator con el rotor en su interior y con sólo una
bobina.
En una primera realización en la que el motor
presenta una configuración abierta sin carcasa exterior, el paquete
estator (1) está compuesto por un conjunto de láminas metálicas el
cual presenta una serie de dientes (5) que se unen entre ellos
mediante los puentes (6). Los dientes en su extremo exterior
presentan unas expansiones (7) que encajan con unas cavidades (8)
formadas en el paquete corona (9).
En la superficie de los citados dientes (5), y
situados convenientemente para disminuir al máximo las pérdidas de
Foucault, se disponen unos elementos de empaquetado (2), mediante
los cuales se consigue mantener unidas las diferentes láminas
metálicas.
Entre dos dientes (5) consecutivos existe un
espacio o ranura (4) donde se aloja el bobinado.
El paquete estator (1) presenta una superficie
interior (10) cilíndrica y en su interior gira el rotor.
A diferencia de las láminas de los extremos (3),
las láminas intermedias (11) no presentan el puente continuo (6),
por lo que el paquete estator (1) presenta las ranuras (12)
dimensionadas de modo que se obtienen las características
par-velocidad deseadas.
El rotor (13), al igual que el estator,
comprende unas láminas metálicas yuxtapuestas. Estas láminas
metálicas van provistas de una serie de ranuras interiores con una
abertura (14) en la superficie cilíndrica exterior (15). Las
aberturas (14) presentan una disposición helicoidal para
proporcionar un funcionamiento más suave.
El conjunto rotor (13) incluye en sus bases dos
anillos de cortocircuito (16) que se comunican entre sí a través de
las ranuras, normalmente inyectados en una aleación conductora que
suele ser aluminio o cobre y que constituye la llamada jaula de
ardilla.
El rotor (13) incluye solidario al mismo un eje
(17) el cual incorpora una ranura circular (18) en la que se sitúa
un anillo de retención (19). Dicho anillo de retención sirve de
tope a un cojinete (20) insertado sobre el citado eje (17) y que
ajusta con un orificio central (21) del cojinete (20). Se dispone
un segundo cojinete (22) también insertado sobre el citado eje
(17). Sin embargo, este segundo cojinete (22) se apoya en un muelle
(23) que queda comprimido entre la base del rotor y el citado
cojinete (22). Esto permite compensar las pequeñas desviaciones que
puedan aparecer en las medidas nominales de los paquetes estator (1)
y el rotor (13) del motor.
Se dispone un elemento aislante (24) formado por
dos piezas de plástico. Este elemento aislante (24) presenta una
superficie plana (25) cuya silueta exterior es la misma que la del
paquete estator. En toda su periferia, a excepción de los extremos,
y perpendicular a la misma, emerge una pared (26) que recubre las
paredes laterales de los dientes (5) y del puente (6), es decir,
que recubre las ranuras (4) del paquete estator (1).
En cada uno de los espacios correspondientes a
cada una de las ranuras (4) y perpendicularmente a la pared (25),
la pared (26) se prolonga cilíndricamente formando una pared de
cierre (28) con una silueta exterior coincidente con la superficie
interior (27) del paquete corona (9). Esta pared de cierre (28) que
emerge de la pared (26) que recubre a un diente (5) no llega al
siguiente diente, dejando una abertura de ranura (29) que permite
introducir el hilo para realizar el bobinado del estator.
En la parte central de la superficie (25) se
levanta una zona cónica (30) que termina en una zona plana (31)
paralela a la zona plana (25). Esto permite dar cabida a unos
anillos de cortocircuito (16) del rotor (13), y dejar espacio libre
para el giro.
En el centro de la superficie (31), y
perpendicular a la misma, existe una pared cilíndrica (32) cuya
parte interior ajusta con la superficie exterior cilíndrica de los
citados cojinetes (20, 22), quedando cerrada por una superficie
plana (33), contra la cual se apoya la parte plana de la base de
los cojinetes (20, 22) empujada por la fuerza de extensión del
muelle (23).
En el centro de la superficie (33) existe un
orificio (34) que permite el paso del eje (17). De la superficie
(25), y en la zona que recubre a los dientes, emergen cuatro torres
huecas (60) donde se alojan los extremos del bobinado y un terminal
(42). De dos de las cuatro zonas restantes que quedan frente a los
dientes emergen dos cilindros (35) con una altura ligeramente
superior a la que está situada el plano (33). Dichos cilindros (35)
poseen un orificio central (36) destinado a recibir unos tornillos
autoroscantes con el fin de sujetar el motor.
Perpendicularmente a la superficie (25) emergen
unas paredes (38) que terminan con una silueta curva (61) la cual
finaliza exactamente donde empieza la ranura (29) y que sirve para
guiar la introducción dentro de la ranura (4) del hilo esmaltado
durante el bobinado.
En estado ensamblado, las paredes (26) de las
dos piezas del elemento aislante (24) ajustan totalmente con la
silueta lateral (37) de las ranuras (4) del estator (1), mientras
que la parte interior de la pared (25) se apoya sobre la superficie
frontal plana de los dientes (5) del paquete estator (1). La
cobertura total de la superficie lateral (37) de las ranuras (4) se
reparte entre las dos paredes (26) de las dos piezas del elemento
aislante (24).
Entre las dos piezas del elemento aislante (24)
se dispone un cojinete (22), el muelle (23), el rotor (13)
solidario al eje (17) el cual lleva montado el anillo de retención
(19) y el otro cojinete (20), quedando el rotor (13) totalmente
centrado axialmente con el estator (1) y las superficies exterior
del rotor (14), y interior del estator (10), coaxialmente.
En la figura n° 9 se muestra un ejemplo de
realización de un conjunto como el que se ha descrito, el cual se
ilustra con una bobina (40) arrollada de las cuatro que debe
llevar.
Las bobinas corresponden, en ese caso, a un
motor asincrónico de dos polos y dos fases para alimentación
monofásica con condensador permanente. Las bobinas se arrollan
directamente sobre el conjunto de la figura n° 9 descrito
anteriormente pasando el hilo por las aberturas (29) para
depositarse en las ranuras (4) del paquete estator (1),
convenientemente aisladas por los elemento aislante (24). En el
bobinado citado, las dos bobinas (40) están conectadas entre sí y
constituyen la fase principal o de trabajo, mientras que las dos
bobinas (41), también conectadas entre sí, forman la fase auxiliar
o de arranque. Cada uno de los extremos de hilo esmaltado de cada
una de las fases se dirige a la correspondiente cavidad (59) de la
torre (60) para que, con un terminal (42) se establezca el contacto
eléctrico entre el hilo y el terminal, el cual también permitirá
que se conecte un cable exterior para su conexión a la red. Este
terminal (42) es un terminal de tipo comúnmente utilizado para
efectuar la conexión eléctrica con un hilo esmaltado mediante el
sistema conocido por desplazamiento de aislamiento.
Con la disposición del bobinado descrito se
consigue una buena rigidez mecánica del conjunto, además de una
menor resistencia óhmica, menor peso de hilo, una mejor
concatenación de los campos magnéticos de las fases principal,
auxiliar y del rotor. La invención permite obtener una mejora de
rendimiento.
El conjunto del estator ya bobinado se inserta
en el paquete corona (9) haciendo coincidir los resaltes (7) del
paquete estator (l) con las ranuras (8) del paquete corona (9) que
coinciden y forman una unión, en forma de cola de milano, quedando
así las láminas metálicas del paquete estator totalmente sujetas
frente a las solicitaciones mecánicas debidas al campo
magnético.
La realización descrita anteriormente
corresponde a un motor en su versión abierta o sin carcasa
exterior, que presenta unos elementos de fijación que son las
columnas (35) con su orificio (36), el eje (17) en el cual se
aplicará la carga y unos elementos que permiten la conexión a la
red eléctrica que son los terminales (42).
La realización del motor con carcasa exterior
que se describe a continuación va dirigida a casos en los que se
desee una mayor protección del motor frente a la penetración de
cuerpos extraños y agua, así como de protección de las personas
contra choques eléctricos.
En tal caso, al motor descrito anteriormente se
le incorpora una cubierta o carcasa exterior formada por dos piezas
o semicuerpos. En particular, la citada carcasa comprende un
semicuerpo anterior (43) y un semicuerpo posterior (44). El
semicuerpo anterior (43) consta de una pared (45) en forma
cilíndrica, que en su parte interior ajusta con interferencia en la
superficie exterior (46) del paquete corona (9), y que una vez
ensamblado llega hasta la mitad del paquete.
Por el otro extremo de la pared (45), y a modo
de cerramiento, se prolonga en una pared plana o base (47), la
cual en su parte central posee un orificio (48) a través del cual
el eje (17) del motor tiene acceso al exterior. En la mencionada
base (47) existen también dos orificios (49) que se prolongan hacia
el interior en forma de tubo (50), los cuales reciben sendos
tornillos autoroscantes para la sujeción del motor.
El semicuerpo posterior (44) de la carcasa es
similar al semicuerpo anterior (43). Ambos semicuerpos se
diferencian en que, en lugar de poseer un orificio (48) para el
paso del eje, dispone de cuatro aberturas rectangulares (51) a
través de las cuales se tiene acceso desde el exterior a los
terminales (42). Esto permite conectar el motor a la red de
corriente eléctrica.
En el montaje de esta carcasa de protección
sobre la superficie (46) del paquete corona (9), las aberturas
rectangulares (51) quedan totalmente alineadas con las cavidades
(59) de las torres (60) que alojan los terminales (42), mientras
que axialmente el borde exterior (52) de la protección posterior
(44) hace tope con el mismo borde exterior (52) de la protección
anterior (43).
Descrito suficientemente en qué consiste el
motor eléctrico de la presente invención en correspondencia con
los dibujos adjuntos, se comprenderá que podrán introducirse en el
mismo cualquier modificación de detalle que se estime conveniente,
siempre y cuando las características esenciales de la invención
resumidas en las siguientes reivindicaciones no sean alteradas.
Claims (4)
1. Motor asincrónico de rotor interior formado
por un paquete magnético estator (1) constituido por una serie de
láminas metálicas (3, 11) que encajan en una corona estatórica (9),
un bobinado (40, 41), un conjunto rotor (13), un eje (17), unos
cojinetes (20, 22), y unos elementos aislantes (24) que ajustan con
las ranuras (4), caracterizado en que los citados elementos
aislantes (24) aíslan el paquete magnético estator (1) del bobinado
(40, 41) y se prolongan hacia el centro del motor para sostener
los citados cojinetes (20, 22).
2. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado en que incluye unas cavidades (60) formadas en
dicho elemento aislante (24) las cuales están destinadas a alojar
unos terminales (42) para establecer el contacto eléctrico entre el
bobinado (40, 41) y dichos terminales (42), pudiéndose conectar los
mismos también a un cable exterior.
3. Motor según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizado en que comprende unas
columnas huecas (35) formadas en dicho elemento aislante (24) las
cuales alojan respectivos tornillos de fijación del motor.
4. Motor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado en que incluye
una cubierta exterior que comprende dos semicuerpos (43, 44) los
cuales encajan sobre la silueta exterior de la citada corona
estatórica (9), encerrando al motor en su interior, e incluyendo
dicha carcasa por lo menos un orificio (48) para permitir la salida
del citado eje (17) del motor, así como unos orificios (49) en su
superficie para la sujeción del motor y unas aberturas (51) de
acceso desde el exterior.
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